Китайские инженеры разработали искусственный палец, способный с 90% точностью идентифицировать материал, просто коснувшись его поверхности. Новая методика будет востребована при автоматизации задач роботизированного производства, связанных, с сортировкой или контролем качества.

Руки киборгов в один прекрасный день могут быть оснащены датчиками, способными идентифицировать любые материалы, к которым они прикасаются. Rawpixel.com/Shutterstock

Сенсорные датчики, позволяющие получать информацию о типах поверхностей, таких как давление или температура, известны уже давно, а вот датчики, способные идентифицировать тип и шероховатость поверхностей, встречаются гораздо реже.

Команда ученых Китайской академии наук под руководством Дэна Луо из Университета Пекина разработала палец, который способен распознать, из какого материала сделан тот или иной предмет. Технология использует трибоэлектрический эффект, благодаря которому датчики оценивают способность материала захватывать или терять электроны, а также определяют его шероховатость, не причиняя ему вреда.

Механизм прошло испытания на сотнях образцов из 12 различных материалов, включая древесину, стекло, пластмассы и кремний. Анализируя данные с помощью алгоритма искусственного интеллекта, устройство показало среднюю точность 96,8%, при этом точность измерений для всех материалов составила как минимум 90 процентов.

В конструкцию механизма входят четыре четырехугольных сенсора, изготовленных из различных полимеров, выбранных с учетом электрофизических характеристик. Когда механизм приближается к поверхности объекта достаточно близко, электроны каждого сенсора взаимодействуют с материалом немного по-разному, что и можно использовать для необходимых расчетов. 

Эти сенсоры, заключены в металлический корпус, напоминающий палец. Они подключены к процессору и LED монитору, на котором отображается тип обнаруженного материала. В промышленной среде такой процессор можно было бы интегрировать в механизм управления производством. "Подобные Smart fingers (умные пальцы) смогли бы помочь роботам проверять продукцию на соответствие производственным стандартам с точки зрения состава и структуры поверхности, - говорит Луо. "Кроме того, наша система может сыграть важную роль в промышленной сортировке материалов". 

Бен Уорд-Черриер из Университета Бристоля считает: "Если, после многочисленных испытаний, надежность датчика будет доказана, он может стать отличным инструментом для решения таких задач, как контроль качества предприятия. Однако, возможно, он будет более эффективен в сочетании с другими сенсорными устройствами, такими как датчик обнаружения края или датчик деформации".

Дизайн и структура "умного пальца".

(A) Принципиальная схема процесса идентификации материала трибоэлектрического тактильного восприятия умного пальца. (B) Структура трибоэлектрического тактильного воспринимающего умного пальца, состоящего из массива трибоэлектрических датчиков, модуля сбора и передачи данных и модуля дисплея. (C) Схематическая диаграмма выходных сигналов массива трибоэлектрических датчиков, когда смарт-палец распознает различные материалы. (D) Типовые материалы, расположенные в различных позициях трибоэлектрического ряда: Электроотрицательность увеличивается справа налево; и наоборот, электроположительность увеличивается слева направо. (E) Блок-схема взаимодействия между модулями "умного пальца" при идентификации материалов.

Источники: Science Advances,Journal New Scientist
1. (DOI: 10.1126/sciadv.abq2521 )
2. (https://www.newscientist.com/article/2332479-artificial-finger-can-identify-what-common-material-things-are-made-of/)